ساختمان ماشین های فرمول یک چگونه است

ساختمان ماشین های فرمول یک چگونه است

ترجمه: حمیده احمدیان راد



به طورکلی ماشین های مسابقه فرمول یک متفاوت از خودروهای دیگر نیست. آنها هم موتورهای احتراق داخلی، چرخ، ترمز، سیستم تعلیق و سیستم انتقال نیرو از موتور به چرخ ها را دارند. اما شباهت ها همین جا تمام می شود. خودروهای فرمول یک برای رانندگی و گردش در شهرها طراحی نشده اند. همه چیز در آنها پیچیده تر از اتومبیل های معمولی است و همه چیز وسیله ای برای رسیدن به یک چیز و تنها یک چیز است و آن هم سرعت است. ماشین های فرمول یک به سادگی می توانند به سرعت متوسط 200 مایل در ساعت برسند. اما در خلال مسابقات سرعت ها معمولاً پایین تر است.

در مسابقات فرمول یک هیچ جایزه ای برای کم مصرف کردن سوخت تعیین نشده. ماشین های فرمول یک، حدود چهار مایل را با یک گالن بنزین طی می کنند. در طول یک فصل یک تیم تقریباً 200 هزار لیتر بنزین برای تست و مسابقه مصرف می کند

قلب خودروی فرمول یک اسکلت یا شاسی آن است. اسکلت بخشی از ماشین است که همه چیز به آن ختم می شود. مثل بیشتر ماشین های مدرن و هواپیماها، ماشین های مسابقه فرمول 1 ساختار یگانه ای دارند. "مونوکو" monocoque یک لغت فرانسوی است که معنی "پوسته یگانه" را می دهد و به فرایند ساختن بدنه کامل یک بخش یگانه از ماده گفته می شود.

زمانی ماده ای که در ماشین های فرمول یک برای ساختن اسکلت یا پوسته یگانه به کار می رفت، آلومینیوم بود. اما امروزه مخلوط و ترکیباتی قوی مثل رشته های کربن در حال چرخش در آن به کار می رود که با صمغ کاج ترکیب شده و لایه کربنی هم روی آلومینیوم را گرفته. نتیجه ماشین سبک وزنی است که می تواند در مقابل نیروهای شدید در هنگامی که وسیله نقلیه حرکت می کند مقاومت کند.

در اسکلت ماشین یک اتاقک هم هست که بیشتر به یک سلول بالشتکی محکم شبیه است. این اتاقک هم برای یک "راننده یگانه" ساخته شده. برخلاف اتاقک خودروهای معمولی که ناسازگاری های زیادی دارند، اتاقک های خودروهای فرمول یک باید با قواعد تکنیکی خیلی شدید و سختی توافق داشته باشند. به عنوان مثال آنها باید کوچک ترین اندازه ها و کفی صاف داشته باشند. صندلی ها دقیقاً بر اساس اندازه های یک راننده بخصوص درست شده. چنان که حرکت او در اتاقک موقعی که دور مسیر می گردد، تا حد ممکن کاهش بیابد

موتور

تا پیش از سال 2006، ماشین های فرمول یک با موتورهای V10 با حجم سه لیتر تأمین انرژی می شدند. سپس قوانین تغییر کرد و موتورهای V8 با حجم 4/2 لیتر تعیین شد. حتی با این که بازده انرژی با قوانین جدید پایین آمده، اما موتورهای فرمول 1 می توانند نزدیک به 1900 اسب بخار انرژی تولید کنند. برای این که بتوانید چشم اندازی از موضوع به دست آورید، تصور کنید که موتور جت 5/2 لیتری فولکس واگن تنها 150 اسب بخار انرژی تولید می کند. البته موتور جت برای مسیرهای 100 هزار مایل به بالا خوب است.

موتور ماشین فرمول یک بعد از هر 500 مایل حرکت به وارسی و بازسازی نیاز دارد. برای این که تولید این همه انرژی لازمه اش این است که موتور با نسبت های گردش به دور محور خیلی بالا، تقریباً 1900 گردش در دقیقه رانده شود. راندن یک موتور با چنین سرعت های بالایی مقدار بی اندازه زیادی گرما تولید می کند و مقدار زیادی فشار روی بخش های در حال حرکت وارد می شود.

سوختی که به چنین موتوری نیرو می دهد بنزین بدون سربی نیست که در پمپ بنزین ها می زنیم. بلکه مقادیر اندکی ترکیبات بدون هیدروکربن مجاز دارد و استفاده از بیشتر افزودنی هایی بالابرنده وزن در آن ممنوع شده. در نهایت تیم های فرمول یک حدود 50 نوع مخلوط سوخت مختلف به کار می برند که برای مسیرها و شرایط هر فصل تنظیم شده. هر ترکیب برای تأیید ترکیب فیزیکیش باید به مدیریت مسابقه نشان داده شود.

افزایش توان در موتور به روش تیونینگ

مطالب ارائه شده در این مقاله بیشتر برای افزایش سرعت و توان خودرو از راه تیونینگ می باشد و برخی از مطالب زیر ممکن است باعث اسیب زدن به موتور شود اما کسانی که به فکر افزایش ناگهانی سرعت می باشند اسیب زدن به موتور برای انها مهم نیست لذا مطالب زیر بیشتر برای ماشین های مسابقه ای استفاده می شود و استفاده ان توصیه نمی شود

افزایش توان در موتور توسط سیستم های ذیل امکان پذیر است

1- جرقه زنی msd

2-تزریق نیترواکسید

3- نصب هدرز

4- تزریق اب



مقدمه


کلاس بندی توان موتور

• در کشورهای سازنده موتور توان موتور به سه روش می باشد

1- DIN استاندارد اروپایی (المانی) (موتور بر روی خودرو سوار شده باشد و با تمام وسایل جانبی موتور )

2- CUNA استاندارد ایتالیایی (موتور بدون فیلتر هوا و لوله اگزوز و بدون سوار کردن بر روی خودرو اندازه گیری

می شود )

3- SAE استاندارد امریکایی (موتور بدون فیلتر هوا و لوله اگزوز و دینام و پمپ اب و فلایویل و دیسک و صفحه )

برای مثال توان موتورامریکایی بزرگ اگر 100 اسب بخار در سیستم SAE باشد در سیستم استاندارد DIN حدودا

برابر 80 تا 90 اسب بخار می باشد





افزایش توان و گشتاور موتور کار دو گروه است

1- موتورسازان بزرگ دنیا

2- شرکتها و کارگاههای تخصصی به اصطلاح تیونینگ موتور

1- در حالت اول که کار موتورسازان بزرگ دنیا می باشد قبل از تولید موتور پارامترها بررسی نموده و موتور را طراحی می نمایند مثلا افزایش قطر سیلندر و افزایش کورس پیستون وطراحی نوع سوپاپ و اتاق های احتراق مختلف و هزاران عواملی که در بهبود توان موتور تاثیر می گذارد این عوامل را بررسی نموده و موتوررا طراحی میکنند

2- حالت دوم پس از تولید موتور با ایجاد تغییراتی موجب افزایش توان موتور می شود برخی از این تغییرات برای موتور مفید می باشد و برخی از تغییرات مضر اما برای رسیدن به توان و سرعت بیشتر دست به این کار حتی اگر از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نباشد میزنند


افزایش توان با سیستم MSD

هرچه جرقه با کیفیت و قدرت بیشتری صورت گیرید احتراق بهتری در موتور ایجاد می گردد.
شرکت autotronic control اقدام به تولید سیستم های msd که برگرفته از کلمات multiple spark discharge نمود

در یک سیستم جرقه زنی استاندارد در هر احتراق 1 جرقه زده می شود. اما سیستم های msd در هر احتراق تا چند جرقه در یک شمع ایجاد می کنند

فرق این سیستم با سیستم استاندارد در این است که برق به وجود امده در کویل بعد از نصب Igenation Control قویتر و منظم تر از سیستم استاندارد میباشد،به این صورت که در سیستم استاندارد در rpm های پایین برق به صورت منظم وارد کویل میشود و کویل استاندارد تا رنجهای پایین تر از 3000 خوب جواب می دهد ولی وقتی دور موتور بالا رفت حالت کویل از بین میرود و نامنظم می شود و قدرت اصلی خودش رو از دست می دهد

Igenation Control

تفاوت سیستم msd با جرقه زنی عادی در نمودارهای ذیل امده است

مقایسه جرقه زنی عادی با msd(ولتاژثانویه کویل)

تخلیه جرقه

تخلیه جرقه بر حسب دور






افزایش توان با Nos یا nitrous oxide

• استفاده از گاز نیترواکسید N20 معروف به نیتروس

• نیترو اکسید N20گازی بی رنگ، بی بو و غیر قابل اشتعال است. این گاز سمی نیست اما خنده آور است.

در سال 1970 تکنولوژی ساخت گاز نیتروژن اکسید شده همگانی شد و این موضوع یکی از موارد مهم در مسابقات اتومبیل رانی شد

این سیستم معمولا با دخالت راننده و اغلب فقط موقع شتاب گیری به صورت بسیار محدود مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از این سیستم راننده در مواقع نیاز با تزریق نیترو اکسید به درون مانیفولد ورودی، میزان اکسیژن مخلوط را بالا می برد و موجب ایجاد احتراق قوی تری در اتاقک احتراق می شود که نتیجه مستقیم آن، افزایش چشمگیر اما محدود و مقطعی توان تولیدی موتور است

این گاز وقتی وارد سیلندر می شود، به دلیل گرمای زیاد داخل محفظه به اتم اکسیژن و نیتروژن تجزیه می گردد. در این تجزیه پیوند بین اتم ها شکسته می شود. این عمل با گرفتن گرما از سیلندرهمراه است در نتیجه دمای محفظه ی احتراق کم می شود. خیلی سریع اتم های فعال اکسیژن با هم ترکیب شده و مولکول 2O را به وجود می آورند. حال اگر ما مقداری سوخت اضافی وارد سیلندر کنیم می توانیم با گاز اکسیژن حاصله، سوخت اضافی را بسوزانیم و نیروی بیش تری تولید کنیم

• فشار داخل مخزن باید بین ۸۵۰ تا ۱۱۰۰ psi باشد تا بتواند گاز را در حالت مایع نگاه دارد. گاز از طریق شلنگ تحت فشار به مجرای تفس موتور تزریق میشود. به هنگام تزریق نیترو اکسید، این گاز از حالت مایع به گاز می رود

افزایش توان با استفاده از هدرز

• تخلیه آسانتر گازهای خروجی:
عامل کلیدی در افزایش راندمان موتور بهبود تخلیه گازهای خروجی ازموتور است.هدرزسبب کاهش میزان افت راندمانی میشود که توسط مانیفولد دود رخ میدهد. به عبارتی هدرز به خروج راحت تر گازهای خروجی از اگزوز کمک میکند. هدرز برای هر سیلندر یک لوله کوچک تخلیه گاز فراهم می آورد. این لوله های کوچک باعث میشوند گاز خروجی از سیلندرها هنگام خروج به عقب پس نزند. هنگامی که دیگر لازم نباشد سیلندرها برای تخلیه گاز خود از یکدیگر نیرو بگیرند، این نیرو صرف افزایش راندمان موتور خودرو میشود.

• این قطعه یا در واقع لوله با بزرگتر بودن نسبت به لوله ی فابریک و کم کردن پیچ و خمها در لوله باعث راحتتر خارج شدن دود از سیلندرها میشه که همین امر باعث میشود تا نیروی کمتری تلف شود

• هدرز ها نسبت به شکل، طراحی، و جنسهای انها باعث افزایش قدرت از ۵٪ الی ۱۵٪ در موتور می شود

نمودارتفاوت بین هدرز کوچک و بزرگ (از لحاظ طول هدرز)

تزریق اب در منیفولد ورودی

• استفاده از سیستم پاشش اب در مانیفولد ورودی:

در بسیاری از موتورهای با نسبت تراکم بالا در حالت تمام بار موتور”WOP” ) دریچه گاز کاملا باز( سیستم آبپاش وارد مدار میشود و با تزریق مقادیری آب به صورت اسپری شده در داخل مانیفولد ورودی موتور مخلوط سوخت وهوا را خنکتر می کند و در نتیجه چگالی مخلوط بالا می رود و راندمان حجمی موتور بهبود می یابد و نسبت تراکم بالاتری در موتور ایجاد خواهد شد.

کار برد تزریق آب در موتور هایست که در آنها از سیستم پر خوران استفاده شده است
تزریق آب به طور غیر مستقیم هم چگالی هوا را بالا برده و هم قدرت موتور را افزایش میدهد

تزریق اب در موتور باعث افزایش راندمان حجمی و ورود مقدار بیشتری هوا به داخل موتور می شود اما این کار هم باعث مقدار کمی الودگی و هم اسیب به موتور می شود اما این کار برای کسانی که دوست داران سرعت و شتاب هستند کاربرد دارد .

تهیه کننده : مهندس موسی الرضا سعدی

استاد راهنما : مهندس مجید سالاری

کمک فنر مغناطیسی (magneto – rheological( MR

کمک فنر مغناطیسی (magneto – rheological( MR

این نوع لرزه گیر بر پایه تغییر ویسگوزیته مورد استفاده در ان برای تغییر پارامترهای لرزه گیر عمل می کند .سیال به کار رفته در این لرزه گیر دارای وی‍ژگی لزجت وابسته به میدان مغناطیسی است .با پیچیدن سیم فلزی دور میله پیستون لرزه گیر و عبور جریان الکتریکی از این سیم پیچ می توان میدان مغناطیسی در محفظه بوجود اورد و با تغییر جریان الکتریسیته , میدان مغناطیسی و در نتیجه لزجت سیال را تغییر داد . مقدار جریان الکتریسیته سیم پیچ بوسیله واحد کنترل الکتریکی بر مبنای پارامترهای اندازه گیری شده بوسیله سنسورها محاسبه می شود

در این نوع از لرزه گیرها دیگر از دریچه های استفاده نمی شود و ارزه گیر تنها یک سیلندر و پیستون ساده است . طیف تنظیمات این نوع لرزه گیر خیلی بیشتر از انواع دیگر بوده و همچنین به سبب عدم جریان سیال در انها بسیار کم صدا می باشد

اصلی ترین سازنده سیستم های تعلیق بر پایه این نوع لرزه گیر شرکت دلفی می باشد و سیستم تعلیق ساخته شده توسط این شرکت تحت نام مگناراید عرضه می شود این سیستم نخستین سیستم تعلیق نیمه کنا می باشد که در ان هیچ نوع دریچه الکترومکانیکی و همچنین سوپاپ متحرک بکار نرفته است . همانطور که بیان شد این سیستم بر پایه کاربرد سیال مگناراید در لرزه گیر طراحی و تولید شده است .

مواد مگناراید شامل ذرات میکروسکوپی از جنس مواد نرم مغناطیسی مانند اهن معلق در یک مایع از جنس هیدروکربن های مصنوعی می باشد . هنگامی که مایع مگناراید در حالت خاموش قرار داشته باشد و به عبارت دیگر تحت تاثیر میدان مغناطیسی نباشد ذرات از یک الگوی اتفاقی پیروی می کنند . اما در حالت روشن بودن و یا مغناطیسی شدن از ذرات رشته ای تشکیل میدهد که منجر به تبدیل وضعیت مایع به حالتی نزدیک به پلاستیک می گردد .

با کنترل جریان عبوری از سیم پیچ الکترومغناطیسی درون لرزه گیر مقاومت برشی مایع مگناراید تغییر می یابد که این امر سبب تغییر ویسگوزیته مایع می گردد . با کنترل دقیق میدان مغناطیسی میتوان ویسگوزیته مایع مگناراید را میان کمینه مقدار ان تا حالتی نزدیک به صلبیت به دلخواه تغییر داد که نتیجه ان دست یابی به لرزه گیر با تغییرات پیوسته در زمان واقعی خواهد بود

زیر بخش های سیستم مگناراید طراحی شده توسط دلفی به قرار زیر است

1 – واحد کنترل الکتریکی

2- حسگرها (حسگر زاویه فرمان –حسگر نرخ تغییرات چرخ زنی – حسگر اندازه گیری شتاب کناری – حسگر اندازه گیری موقعیت نسبی)

3- راه اندازها شامل چهار لرزه گیر مگناراید برای هر چرخ

4- منبع جریان الکتریکی که همان باتری است

سیستم اعلام نقص که در صورت بروز مشکل با روشن شدن چراغی راننده را از وجود اشکال در سیستم تعلیق مطلع می سازد





منبع : اصول طراحی سیستمهای تعلیق و فرمان خودرو (دکتر کاظمی – دکتر علی اصغر جعفری – مهندس سید محمد مهدی انصاری موحد)